CN113358974A - 一种输电线路的雷击过电压故障类型识别方法 - Google Patents

一种输电线路的雷击过电压故障类型识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种输电线路的雷击过电压故障类型识别方法，包括以下步骤：采集雷击过电压信号，并将雷击过电压信号转换为复域信号；对复域信号的0和π/2方向进行n层分解；计算复域信号0和π/2两个投影方向的关联维数；根据关联维数，计算复数信号0方向故障识别特征参数T0和复数信号π/2方向故障识别特征参数Tπ/2；根据故障识别特征参数T0和Tπ/2，判断雷击过电压故障类型。本发明能够更加可靠、准确地对输电线路雷击过电压故障进行识别。

Description

一种输电线路的雷击过电压故障类型识别方法
技术领域
本发明涉及一种故障识别方法，具体涉及一种输电线路的雷击过电压故障类型识别方法。
背景技术
随着我国经济的加快发展，使我国输电线路运行数目的不断增多以及电压等级的不断拔高，其安全运行的问题越来越突出。架空输电线路绵延数千公里，跨越不同地形，饱受极端气候灾害，其能否安全稳定的运行直接关系到电力系统的安危，雷电作为最大的事故原因，每年直接或间接造成的故障次数约占总故障次数的40～70％，尤其在雷暴天气多、地形复杂、土壤电导率较高的地区，雷击过电压对输电线路所造成的威胁更加难以解除，雷电流的持续放电时间极短，约为数十微秒，雷电流也有强弱，最大的雷电流幅值可以达到200kA以上，这样的强度的雷电流击于输电线路或其他电气设备时，会产生很高的过电压而将绝缘击穿,造成的损失将是不可估量的。因此，采取可靠的防雷措施对于电力系统安全稳定运行是十分必要的。
输电线路雷击过电压主要可以分成两类：直击雷过电压和感应雷过电压。输电线路直击雷过电压按击中线路设备的位置又可以分为反击雷过电压和绕击雷过电压。反击雷过电压指雷电击中避雷线或杆塔，通过绝缘子闪络等方式在三相线路上产生的过电压。绕击雷过电压指雷电绕过避雷线直接击中三相线路继而产生的过电压。输电线路雷击过电压的差异主要取决于线路所处的环境极其电网的结构性差异，加上变幻无常的气候条件，那么电网工作人员对雷击的判别是十分困难的。因此，高压输电线路雷击过电压的识别对于减小电网工作人员工作量以及提高电网可靠运行水平和输电线路的安全性有着重要的意义。
目前，雷击过电压特征的提取传统方法是基于傅里叶变换，该方法通过牺牲时域分辨率来换取极高的频率分辨率。根据IEEE及IEC标准可知，时域雷电过电压波形的关键参数均是时域参数，即波头时间等。单纯利用傅里叶变换会丢失相当一部分信息，给雷电过电压的分类带来一定的困难。为了同时获取较高的时域分辨率与频域分辨率，采用变窗宽的离散小波变换作为时频处理工具。该类方法是从信号能量分布规律中提取相关特征，尽管能够识别部分反击过电压和绕击过电压，受到信号波动的影响较大，识别率低。为此本专利从两个投影方向进行多层分解，联合时域和频域信息多维度提取雷击过电压信号特征，更加可靠、准确的对输电线路雷击过电压故障进行识别。
发明内容
本发明的目的在于提供一种输电线路的雷击过电压故障类型识别方法，能够更加可靠、准确地对输电线路雷击过电压故障进行识别。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种输电线路的雷击过电压故障类型识别方法，包括以下步骤：
(1)采集雷击过电压信号，并将雷击过电压信号转换为复域信号；
(2)对复域信号的O和π/2方向进行n层分解；
(3)计算复域信号O和π/2两个投影方向的关联维数；
(4)根据关联维数，计算复数信号O方向故障识别特征参数T0和复数信号π/2方向故障识别特征参数Tπ/2；
(5)根据故障识别特征参数T0和Tπ/2，判断雷击过电压故障类型。
上述方案中，步骤(5)中，根据故障识别特征参数T0和Tπ/2，判断雷击过电压故障类型，具体如下：
当1.5＜T0＜3且2.5＜Tπ/2＜4时，则判断为感应雷击过电压；
当T0≥3且Tπ/2≤2.5时则判断为反击过电压；
当T0≤1.5且Tπ/2≥4时，则判断为绕击过电压。
上述方案中，步骤(1)中，通过过电压传感器采集输电线路电压信号，所述雷击过电压信号通过希尔伯特转换为复域信号；将雷击过电压信号转换为复域信号，公式如下：
Figure BDA0003105627900000031
其中，
Figure BDA0003105627900000032
是u(t)的希尔伯特变换，其中，
Figure BDA0003105627900000033
是u(t)的希尔伯特变换，u(t)表示输电线路电压信号；z(t)表示复数信号。
所述步骤(2)中，对复域信号的O和π/2方向进行n层分解，具体步骤如下：
(21)将复数信号z(t)投影到O方向和π/2方向有p0(t)和pπ/2(t)；
(22)计算复数信号O方向投影p0(t)第一层分量
Figure BDA0003105627900000034
复数信号O方向投影p0(t)极值点平均值mi和包络值ai，并拟合得到平均值函数m11(t)和包络函数a11(t)；
(23)将第一层分量
Figure BDA0003105627900000035
从原始信号分离出来，对新数据重复步骤(22)，循环k次，直至阈值ε≤0.2，有复数信号O方向投影分量
Figure BDA0003105627900000036
(24)复数信号π/2方向投影pπ/2(t)重复步骤(22)、(23)进行k层分解，有
Figure BDA0003105627900000037
由上述技术方案可知，本发明所述的输电线路的雷击过电压故障类型识别方法，通过希尔伯特变换对雷击过电压信号转换至复域，并对O和π/2方向的投影进行n次分解，结和两个投影方向上的所有分量计算输电线路的雷击过电压故障类型识别判据关联维数，通过特征参数关联维数判断雷击过电压类型。因此，本发明能够更加可靠、准确地对输电线路雷击过电压故障进行识别。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，本实施例的输电线路的雷击过电压故障类型识别方法，具体方法步骤包括以下：
步骤一：采集雷击过电压信号；
通过过电压传感器采集输电线路电压信号u(t)；
步骤二：输电线路电压信号特征提取，包括：
(1)输电线路电压信号通过希尔伯特转换有为复域信号z(t)；
Figure BDA0003105627900000041
Figure BDA0003105627900000042
式中
Figure BDA0003105627900000043
是u(t)的希尔伯特变换；
(2)将复数信号z(t)投影到O方向和π/2方向有p0(t)和pπ/2(t)；
p0(t)＝Re[exp(-j0)·z(t)]
pπ/2(t)＝Re[exp(-jπ/2)·z(t)]
式中“Re[]”是取复数的实数值；
(3)计算复数信号O方向投影p0(t)第一层分量
Figure BDA0003105627900000044
复数信号O方向投影p0(t)极值点平均值mi和包络值ai，并拟合得到平均值函数m11(t)和包络函数a11(t)；
Figure BDA0003105627900000045
Figure BDA0003105627900000046
式中ni是复数信号O方向投影p0(t)的极值点；
p011(t)＝p0(t)-m11(t)
Figure BDA0003105627900000047
s11(t)计算包络函数a12(t)，若a12≠1，取s11(t)代替p0(t)重复上述步骤n次，直至a1(n+1)(t)＝1，有p0(t)第一层分量
Figure BDA0003105627900000051
Figure BDA0003105627900000052
式中：a1k(t)是复数信号O方向投影第1层分量第k个的包络值函数，s1n(t)复数信号O方向投影第1层分量第n个调频函数；
(4)将第一层分量
Figure BDA0003105627900000053
从原始信号分离出来，对新数据重复步骤(3)，循环k次，直至阈值ε≤0.2，有复数信号O方向投影分量
Figure BDA0003105627900000054
Figure BDA0003105627900000055
(5)复数信号π/2方向投影pπ/2(t)重复步骤(3)、(4)进行k层分解，有
Figure BDA0003105627900000056
步骤三：输电线路雷击过电压故障类型识别，包括：
(1)将复数信号O方向投影分量
Figure BDA0003105627900000057
重构为一些列矢量组合
Figure BDA0003105627900000058
L＝n-(g-1)T
式中g是嵌入维数，T是延迟时间，L代表重构矢量个数，n是原始信号长度，
Figure BDA0003105627900000059
是复数信号O方向投影第i个分量重构后的第j个矢量
(2)计算复数信号O方向判断参数T0
Figure BDA00031056279000000510
Figure BDA00031056279000000511
Figure BDA00031056279000000512
式中r是关联半径取1，“d[]”是微分，“|| ||”是2范数，“H”是HeaViside函数，Ci和
Figure BDA00031056279000000513
是分别是复数信号O方向第i个分量的关联函数和关联维数
(3)重复步骤(1)、(2)计算复数信号π/2方向判断参数Tπ/2
(4)根据以下表格判断输电线路雷击过电压故障类型
Figure BDA0003105627900000061
由表可以看出，当1.5＜T0＜3且2.5＜Tπ/2＜4时，则判断为感应雷击过电压；当T0≥3且Tπ/2≤2.5时则判断为反击过电压；当T0≤1.5且Tπ/2≥4时，则判断为绕击过电压。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种输电线路的雷击过电压故障类型识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采集雷击过电压信号，并将雷击过电压信号转换为复域信号；
(2)对复域信号的O和π/2方向进行n层分解；
(3)计算复域信号O和π/2两个投影方向的关联维数；
(4)根据关联维数，计算复数信号O方向故障识别特征参数T0和复数信号π/2方向故障识别特征参数Tπ/2；
(5)根据故障识别特征参数T0和Tπ/2，判断雷击过电压故障类型。
2.根据权利要求1所述的输电线路的雷击过电压故障类型识别方法，其特征在于：步骤(5)中，根据故障识别特征参数T0和Tπ/2，判断雷击过电压故障类型，具体如下：
当1.5＜T0＜3且2.5＜Tπ/2＜4时，则判断为感应雷击过电压；
当T0≥3且Tπ/2≤2.5时则判断为反击过电压；
当T0≤1.5且Tπ/2≥4时，则判断为绕击过电压。
3.根据权利要求1所述的输电线路的雷击过电压故障类型识别方法，其特征在于：步骤(1)中，通过过电压传感器采集输电线路电压信号，所述雷击过电压信号通过希尔伯特转换为复域信号。
4.根据权利要求1所述的输电线路的雷击过电压故障类型识别方法，其特征在于：所述步骤(1)中，将雷击过电压信号转换为复域信号，公式如下：
Figure FDA0003105627890000011
其中，
Figure FDA0003105627890000012
是u(t)的希尔伯特变换，u(t)表示输电线路电压信号；z(t)表示复数信号。
5.根据权利要求1所述的输电线路的雷击过电压故障类型识别方法，其特征在于：步骤(2)中，对复域信号的O和π/2方向进行n层分解，具体步骤如下：
(21)将复数信号z(t)投影到O方向和π/2方向有p0(t)和pπ/2(t)；
(22)计算复数信号O方向投影p0(t)第一层分量
Figure FDA0003105627890000021
复数信号O方向投影p0(t)极值点平均值mi和包络值ai，并拟合得到平均值函数m11(t)和包络函数a11(t)；
(23)将第一层分量
Figure FDA0003105627890000022
从原始信号分离出来，对新数据重复步骤(22)，循环k次，直至阈值ε≤0.2，有复数信号O方向投影分量
Figure FDA0003105627890000023
(24)复数信号π/2方向投影pπ/2(t)重复步骤(22)、(23)进行k层分解，有
Figure FDA0003105627890000024
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